二值图像或二进制图像（Binary image）是一个数字图像，每个像素只有两个可能的值。 通常，用于二进制图像的两种颜色是黑色和白色。 用于图像中的对象的颜色是前景色，而图像的其余部分是背景色。 在文档扫描行业，这通常被称为“双色调”。

二进制图像也被称为双层或两层。 这意味着每个像素都存储为一个单独的位，即0或1.名称黑白，黑白，单色或单色经常用于这个概念，但也可能指定任何只有一个样本的图像每像素，如灰度图像。 在Photoshop中，二进制图像与“位图”模式下的图像相同。

二进制图像经常出现在数字图像处理中作为蒙版或某些操作（如分割，阈值和抖动）的结果。 某些输入/输出设备（如激光打印机，传真机和双层计算机显示器）只能处理双层图像。

一个二进制图像可以作为位图存储在内存中，这是一个打包的位数组。 640×480图像需要37.5千字节的存储空间。 由于图像文件体积小，传真机和文档管理解决方案通常使用这种格式。 大多数二进制图像也可以通过简单的游程压缩方式进行压缩。

二进制图像可以被解释为二维整数格子Z2的子集; 形态图像处理领域很大程度上受这种观点的启发。

二元图像操作
对二进制图像的整个操作类别在图像的3×3窗口上操作。 这包含九个像素，因此有512（2 ^ 9）个可能的值。 只考虑中心像素，可以根据周围像素来定义它是保持设置还是取消设置。 这种操作的例子是变薄，膨胀，找到分支点和端点，去除隔离像素，将图像向任意方向移动一个像素，以及破坏H-连接。 康威的生命游戏也是一个3×3窗口操作的例子。

另一类操作基于用结构元素进行过滤的概念。 结构化元素是通常很小的二值图像，它以类似于灰度图像处理中的过滤器的方式通过目标图像。 由于像素只能有两个值，形态学操作是侵蚀（结构化元素内的任何未设置的像素导致像素未设置）和扩张（结构化元素内的任何设置像素导致像素设置）。 重要的操作是形态开放和形态闭合，它们分别由侵蚀和膨胀，然后扩大，然后使用相同的结构元素进行侵蚀。 开口往往会放大小孔，移除小物体并分离物体。 关闭会保留小对象，删除洞并加入对象。

二值图像的一个非常重要的特征是距离变换。 这给出了每个设置像素距离最近的未设置像素的距离。 距离变换可以被有效地计算。 它允许Voronoi图的高效计算，其中图像中的每个像素被分配到一组点中最近的一个。 它也允许骨架化，它与细化不同，因为骨架允许恢复原始图像。 距离变换对于确定物体的中心以及图像识别中的匹配也很有用。

另一类操作是收集无方向指标。 在需要移除照相机的方向的图像识别中，这通常很重要。 一组连接或包围的像素的无方位度量标准包括欧拉数，周长，面积，紧凑度，孔的面积，最小半径，最大半径。

图像分割
通过分割从彩色图像产生二值图像。 分割是将源图像中的每个像素分配给两个或更多类的过程。 如果有两个以上的类，那么通常的结果是几个二进制图像。 最简单的分割形式可能是Otsu的基于灰度强度将像素分配到前景或背景的方法。 另一种方法是分水岭算法。 边缘检测通常还会创建一个二进制图像，其中一些像素指定给边缘像素，这也是进一步分割的第一步。

骷髅
细化或镂空可生成由像素宽度线组成的二进制图像。 然后可以提取分支点和端点，并将图像转换为图形。 这在图像识别中很重要，例如在光学字符识别中。

解释
像素的二进制值的解释也是依赖于设备的。 一些系统将位值0解释为黑色，1解释为白色，而另一些则颠倒了值的含义。 在扫描仪和数码相机的TWAIN标准个人电脑界面中，第一种口味被称为香草，而被称为颠倒的巧克力。

抖动通常用于显示半色调图像。

图像传感器捕获二值图像
过采样二值图像传感器是一种让人想起传统摄影胶片的新型图像传感器。 传感器中的每个像素都具有二进制响应，仅给出局部光强度的一位量化测量值。